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液体火箭发动机供给系统耦合燃烧不稳定性研究进展
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作者 万玉 杨东 《火箭推进》 北大核心 2025年第1期78-92,共15页
供给系统耦合燃烧不稳定性是供给系统和燃烧室声学模态发生耦合并加强的结果,是几乎每种型号液体火箭发动机研制过程中都会遇到的最为棘手的问题之一。其所引起的剧烈振动和强化传热会损害敏感制导元件、影响有效载荷、熔化和毁坏火箭... 供给系统耦合燃烧不稳定性是供给系统和燃烧室声学模态发生耦合并加强的结果,是几乎每种型号液体火箭发动机研制过程中都会遇到的最为棘手的问题之一。其所引起的剧烈振动和强化传热会损害敏感制导元件、影响有效载荷、熔化和毁坏火箭发动机系统部件,甚至造成发射失败。对液体火箭发动机供给系统的主要特征、物理机制、研究方法、影响因素以及关键部件动态特性等相关内容的研究现状进行了归纳和梳理。重点关注其发生机制及供给系统关键部件(喷注器和涡轮泵)、关键结构参数和流动参数对系统不稳定性的影响规律。对已取得的研究成果和存在的问题进行了总结,为后续研究和工程治理提供参考。 展开更多
关键词 燃烧不稳定性 供给系统 液体火箭发动机 涡轮泵 空化动态特性
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基于Vold-Kalman滤波的机动飞行下转子支承系统振动特性实验研究
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作者 范翔南 陈曦 +2 位作者 张博 杨德志 任光明 《推进技术》 北大核心 2025年第3期227-241,共15页
机动飞行条件下高速转子系统会同时受到环境载荷以及转子自身的共同激励而产生强烈的强迫响应。为研究其复杂的振动特性,本文采用Vold-Kalman滤波(Vold-Kalman Filter,VKF)对不同基础运动激励下转子系统的实测振动信号进行阶次跟踪滤波... 机动飞行条件下高速转子系统会同时受到环境载荷以及转子自身的共同激励而产生强烈的强迫响应。为研究其复杂的振动特性,本文采用Vold-Kalman滤波(Vold-Kalman Filter,VKF)对不同基础运动激励下转子系统的实测振动信号进行阶次跟踪滤波。为验证VKF的有效性及参数设置的可靠性,通过转子动力特性计算生成系统响应的仿真信号,并通过加噪处理模拟测量信号,然后通过VKF提取目标阶次的时域波形。通过陀螺运动转子动力学试验,测得不同基础转动激起的系统振动响应,组合使用VKF和计算阶次跟踪(Computed Order Tracking,COT)提取并分离了转子转频信号和基础低频信号的时域和阶次信息。结果表明,单轴滚转或俯仰运动均会激起与其频率一致的低频振动响应,且滚转、俯仰角速度的大小会影响该低频信号的幅值大小;随着基础运动角速度的变化,转子前四阶振动分量没有发生明显的变化,而基础运动频率与转频之间的频带区域有显著变化。此方法有效地提升了机动飞行下转子支承系统振动信号处理与分析的准确度和效率,降低了信号噪声。 展开更多
关键词 Vold-Kalman滤波 相对带宽 机动飞行 转子支承系统 振动特性试验
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面向流体力学的物理神经网络综述 被引量:2
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作者 田松岩 黄鑫格 +2 位作者 段焰辉 陈洪波 陈文秀 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第S01期133-141,共9页
针对融合了物理控制方程,尤为适用于物理场预测的新兴神经网络方法——物理神经网络(PINN),开展深入的文献调研,形成对面向流体力学的物理神经网络方法发展趋势的研判。首先,对神经网络融合物理信息的思路进行溯源;其次,介绍当前物理神... 针对融合了物理控制方程,尤为适用于物理场预测的新兴神经网络方法——物理神经网络(PINN),开展深入的文献调研,形成对面向流体力学的物理神经网络方法发展趋势的研判。首先,对神经网络融合物理信息的思路进行溯源;其次,介绍当前物理神经网络基本架构,针对全连接型物理神经网络,从间断问题的高精度预测研究、偏微分方程(PDE)植入形式、流场重建问题、损失函数形式、多精度数据及多尺度问题以及训练控制等方面进行文献综述;再次,对于基于卷积神经网络(CNN)和其他新兴网络架构的物理神经网络进行文献梳理;最后,形成面向流体力学的物理神经网络发展趋势与思考。通过对2017年至2023年间近百篇文献的研究及相关数值实验可知,针对强间断的高分辨率预测是面向高速流动问题的物理神经网络研究中需要解决的重要问题;基于全连接网络的物理神经网络拥有无网格化的优势,可用于各类流动问题的求解;基于卷积网络的物理神经网络具备与已有传统数值方法深度融合的优势,可有效利用已有的流场图像、物理量云图等结构化数据,进行复杂流动问题的求解。 展开更多
关键词 流场预测 物理神经网络 损失函数 偏微分方程 间断问题
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考虑弹性环变形的挤压油膜阻尼器-转子系统动力响应仿真方法 被引量:2
4
作者 向凤光 陈曦 +2 位作者 洪亮 任光明 甘晓华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期200-212,共13页
为了研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)对转子-支承系统动力特性的影响,基于阻尼器的流固耦合交互作用,提出了考虑弹性环变形的转子系统动力学响应仿真方法。针对流固耦合特性仿真,固体域采用有限元法计算弹性环变形,流体域采用有限差... 为了研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)对转子-支承系统动力特性的影响,基于阻尼器的流固耦合交互作用,提出了考虑弹性环变形的转子系统动力学响应仿真方法。针对流固耦合特性仿真,固体域采用有限元法计算弹性环变形,流体域采用有限差分法计算油膜压力分布。将阻尼器的动力学系数引入转子系统,采用扫频法求解系统运动方程,最终得到转子系统的稳态动力响应。研究结构参数对ERSFD阻尼系数的影响发现,油膜阻尼与偏心率、轴向长度正相关,而与凸台高度、凸台个数负相关;凸台宽度在4~12 mm内存在最优值,使得油膜阻尼最大。基于参数影响规律改进阻尼器结构,并应用到转子系统后开展仿真分析。结果表明:ERSFD能够提供较大的油膜阻尼,通过降低支承外传力使得盘处的振幅减小。改进后的ERSFD阻尼更大,盘处一阶减振幅度从28%显著提升至41%。 展开更多
关键词 航空发动机 转子系统 弹性环式挤压油膜阻尼器 流固耦合 动力学响应
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面向EUV光源的实验流体力学研究进展
5
作者 邓巍巍 翟天琪 +3 位作者 高立豪 许晟昊 赵新彦 刘艳初 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期138-172,共35页
EUV(极紫外)光源是EUV光刻机的核心部件,其原理是基于纳秒脉冲激光轰击锡液滴靶产生的等离子体辐射发光.EUV光源本质是一种流体光源,涉及丰富而复杂的流体力学基本问题,跨越从皮秒到毫秒的四个特征时间尺度.本文综述了面向EUV光源的实... EUV(极紫外)光源是EUV光刻机的核心部件,其原理是基于纳秒脉冲激光轰击锡液滴靶产生的等离子体辐射发光.EUV光源本质是一种流体光源,涉及丰富而复杂的流体力学基本问题,跨越从皮秒到毫秒的四个特征时间尺度.本文综述了面向EUV光源的实验流体力学研究进展.首先根据靶的类型,分别介绍了射流、液滴和液膜靶的生成与调控基本原理和技术路线.之后对三种靶与激光相互作用过程的特征时刻与典型现象进行了梳理,重点放在各个特征时间尺度内激光轰击液滴靶的研究进展,总结了不同参数激光脉冲轰击后靶的推进、变形和破碎规律.最后对EUV光源中值得重点关注的实验流体力学关键问题进行了总结和展望,提出改善激光等离子体EUV光源稳定性、亮度和寿命需要从以下三方面持续开展研究:高频率、小直径、长间距液滴靶串的精准生成和调控,激光辐照产生等离子体的膨胀和辐射规律,以及液滴靶变形破碎机理和碎屑抑制、收集及清洁技术. 展开更多
关键词 EUV 激光 实验流体力学 等离子体
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基于声发射参数的超材料对水泥基材料弯曲韧性影响研究 被引量:1
6
作者 朱贵旺 秦磊 +2 位作者 丁蔚健 李坪峰 孙明 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期424-433,共10页
为了探究新型增强材料代替纤维提高混凝土弯曲韧性的可行性,本研究通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了超材料,并将超材料嵌入水泥基材料中,利用三点弯曲和声发射联合测量技术,研究超材料与聚丙烯(PP)纤维在弯曲荷载作用下的裂缝发展演化规律... 为了探究新型增强材料代替纤维提高混凝土弯曲韧性的可行性,本研究通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了超材料,并将超材料嵌入水泥基材料中,利用三点弯曲和声发射联合测量技术,研究超材料与聚丙烯(PP)纤维在弯曲荷载作用下的裂缝发展演化规律及力学性能,并从微观角度分析揭示了超材料和纤维的断裂行为,以及超材料对水泥基材料弯曲韧性的影响。结果表明,试件嵌入超材料时的抗弯强度较掺入PP纤维时提升了40.4%,较对照组提升了116.8%,超材料大幅提高了水泥基材料的抗弯强度,并使其破坏模式由单一裂缝模式转变为多裂缝模式,脆性破坏转变为塑性破坏,而PP纤维仅提高了水泥基材料的抗弯强度。超材料在稳定增长阶段和失稳开裂阶段的拉伸裂纹比例较PP纤维明显提高,在此阶段,超材料韧性指数分别是PP纤维的16.75倍和4.37倍。 展开更多
关键词 超材料 水泥基材料 弯曲韧性 多裂缝模式 塑性破坏 声发射 拉伸裂纹
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复合材料厚板结构压缩稳定性和承载能力分析 被引量:1
7
作者 王春寿 张笑宇 +1 位作者 詹志新 肖浩 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第1期94-101,共8页
针对复合材料厚板压缩稳定性分析问题进行了研究。对复合材料机身厚板结构进行压缩试验,试验中发现长桁底部蒙皮先发生屈曲,长桁未起到隔波作用;对该结构采用有限元线性和非线性分析方法进行分析,分析结果验证了该屈曲特征。根据试验和... 针对复合材料厚板压缩稳定性分析问题进行了研究。对复合材料机身厚板结构进行压缩试验,试验中发现长桁底部蒙皮先发生屈曲,长桁未起到隔波作用;对该结构采用有限元线性和非线性分析方法进行分析,分析结果验证了该屈曲特征。根据试验和分析结果对稳定性分析方法进行了修正,采用修正的分析方法计算得到的屈曲载荷和承载能力精度更高,为复合材料厚板结构的屈曲分析和承载能力计算提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 复合材料 加筋板 厚板 稳定性 承载能力 横向剪切
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燃烧室熵致噪声的研究进展
8
作者 张憨拙 杨东 《火箭推进》 北大核心 2025年第1期50-77,共28页
燃烧热声振荡严重影响火箭发动机和航空发动机的安全性,是限制高性能、大推力、低排放发动机燃烧技术发展的关键因素之一。发动机中的熵致噪声可能影响系统的热声振荡。随着以运动火焰模型和中高频温度动态测量技术为代表的研究工具的出... 燃烧热声振荡严重影响火箭发动机和航空发动机的安全性,是限制高性能、大推力、低排放发动机燃烧技术发展的关键因素之一。发动机中的熵致噪声可能影响系统的热声振荡。随着以运动火焰模型和中高频温度动态测量技术为代表的研究工具的出现,熵致噪声的研究在确定熵波的源、熵波在对流过程中的耗散程度等问题上也取得了新的进展。概述了熵致噪声所涉及主要物理过程分别对应的机理;依据研究方法对研究成果进行了分类,系统地梳理了每一物理过程所对应的研究进展;总结了熵致噪声产生的机理,指出了当前研究的不足,并提出了未来的研究重点。 展开更多
关键词 发动机燃烧室 热声振荡 熵致噪声 熵波
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基于DUGKS的槽道湍流大涡模拟研究
9
作者 郭琳 沈杰 +3 位作者 彭程 郭照立 王连平 牛中国 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3394-3408,共15页
基于介观数值模拟方法的大涡模拟(large eddy simulation,LES)是研究湍流的重要手段之一.离散统一气体动理学方法(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)是一种相对较新的介观方法,其作为湍流大涡模拟工具的研究还处于起步阶段.... 基于介观数值模拟方法的大涡模拟(large eddy simulation,LES)是研究湍流的重要手段之一.离散统一气体动理学方法(discrete unified gas kinetic scheme,DUGKS)是一种相对较新的介观方法,其作为湍流大涡模拟工具的研究还处于起步阶段.文章通过耦合标准离壁Smagorinsky亚格子应力模型和Musker壁面模型,实现了DUGKS-LES介观大涡模拟方法.推导了在DUGKS中实现大涡模拟所需的有效总应力和修正分布函数非平衡态的关系式;通过壁面函数逆求解壁面剪切应力时,设计了可以保证收敛性的快速牛顿迭代法,并利用逆问题的近似解进一步提高了迭代效率.最后,分别对摩擦雷诺数为180,395和950的槽道湍流进行大涡模拟,并与相关文献中介观大涡模拟方法的结果进行了比较.结果表明,DUGKS-LES方法在准确性上具有优势,以谱方法模拟结果为基准,流向速度、雷诺应力和脉动速度等湍流统计量的均方误差均可以控制在11%以内.在DUGKS框架下,与文献中利用自适应亚格子应力模型相比,文章结合Musker壁面模型的处理方法,可以得到更精确的流向速度和雷诺切应力. 展开更多
关键词 离散统一气体动理学方法 大涡模拟 壁面模型 槽道湍流
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动力布局对分布式电推进飞机气动性能的影响
10
作者 成志勇 杨佑绪 +1 位作者 卢嘉成 刘易斯 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期81-96,共16页
分布式电推进(DEP)飞机气动综合收益受分布式动力/机翼强气动耦合效应的影响,揭示其变化规律及流动机理是开展分布式电推进飞行器设计的关键。本文针对分布式螺旋桨-机翼布局,基于涡格法-激励盘理论(VLM-ADT)气动特性快速求解方法开展DE... 分布式电推进(DEP)飞机气动综合收益受分布式动力/机翼强气动耦合效应的影响,揭示其变化规律及流动机理是开展分布式电推进飞行器设计的关键。本文针对分布式螺旋桨-机翼布局,基于涡格法-激励盘理论(VLM-ADT)气动特性快速求解方法开展DEP布局气动性能研究,重点研究了螺旋桨数量、旋转方向、螺旋桨间隔3个要素对升阻比L/D、功率载荷T/P、总效率L/P等气动性能指标的影响。结果表明:随着螺旋桨数量的增加叠加效应会减弱,升阻比减小,但总效率增大。当螺旋桨数量小于等于5时,同向旋转构型的升阻比大于反向旋转构型。当螺旋桨数为7时,反向旋转构型升阻比大于同向旋转构型。与同向旋转构型相比,桨盘载荷增加时,反向旋转构型的升阻比会增加。分布式螺旋桨密集布置在翼尖时会同时增加升力和阻力;当翼尖螺旋桨固定在翼尖、其他螺旋桨密集布置在机翼中心附近时,翼尖螺旋桨的上洗效应会削弱翼尖涡,具有增升减阻效果,且升力比螺旋桨集中在翼尖构型时增加得更多。 展开更多
关键词 分布式电推进 动力布局 气动特性 螺旋桨滑流 涡格法-激励盘理论
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增升装置缝翼噪声机理与控制研究进展
11
作者 魏人可 刘宇 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期20-37,共18页
在飞机着陆过程中,增升装置中的缝翼是机体气动噪声的重要噪声源。近几十年来,国内外研究者针对缝翼噪声开展了大量风洞试验研究,对其噪声特性和机理已有深入认识,并在流动控制和降噪技术方面进行了诸多尝试。本文综述分析了二维翼型缝... 在飞机着陆过程中,增升装置中的缝翼是机体气动噪声的重要噪声源。近几十年来,国内外研究者针对缝翼噪声开展了大量风洞试验研究,对其噪声特性和机理已有深入认识,并在流动控制和降噪技术方面进行了诸多尝试。本文综述分析了二维翼型缝翼噪声风洞试验研究方面的主要进展,介绍了3种缝翼噪声成分(低频宽频噪声、高频离散纯音噪声和低频离散纯音噪声)的产生机理。缝翼噪声控制主要有3类思路:第一类是以凹腔填充为代表的整流方法,通过消除或限制回流的产生控制噪声,效果最为显著;第二类是在缝翼尖端干扰剪切层内相干结构的形成;第三类则是从工程可行性出发,通过优化缝道和缝翼结构参数或采用前缘下垂等新构型来控制噪声。未来研究需进一步借助先进测试手段和试验方案,深入认识缝翼凹腔剪切层流动的流声耦合及其与缝翼尾缘相互作用等复杂现象,以获得更为高效的噪声控制技术。 展开更多
关键词 增升装置 缝翼噪声 噪声机理 噪声控制
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受电弓安放位置与导流罩嵌入车体高低的气动噪声特性 被引量:3
12
作者 张亚东 张继业 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期60-67,共8页
为研究高速列车受电弓安放位置和受电弓导流罩嵌入车体高低对气动噪声的影响,基于计算声学理论,建立高速列车气动噪声模型。高速列车模型采用四节编组,包括头车、两节中间车和尾车。受电弓分别安放于02车一位端、02车二位端和03车一位端... 为研究高速列车受电弓安放位置和受电弓导流罩嵌入车体高低对气动噪声的影响,基于计算声学理论,建立高速列车气动噪声模型。高速列车模型采用四节编组,包括头车、两节中间车和尾车。受电弓分别安放于02车一位端、02车二位端和03车一位端,并考虑受电弓的开/闭口方式。研究结果表明:沿列车长度方向,受电弓分别安放在02车一位端、02车二位端、03车一位端的受电弓导流罩区域的气动噪声最大声压级呈减少趋势,且这种减小趋势与受电弓开闭口方式无关;受电弓导流罩安放在同一位置时,受电弓以闭口方式运行的受电弓导流罩区域声压级均小于开口方式,最大声压级相差1.1 dBA;采用dlz3模型(受电弓导流罩与车顶表面平齐)的气动噪声性能最优,最大声压级减小2.3 dBA。 展开更多
关键词 高速列车 受电弓 受电弓导流罩 气动噪声 大涡模拟 降噪
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格子玻尔兹曼正则化碰撞模型的理论进展 被引量:4
13
作者 李旭晖 单肖文 段文洋 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期46-64,I0001,共20页
数值稳定性问题一直是困扰格子玻尔兹曼方法在高雷诺数高马赫数流动中广泛应用的瓶颈。在格子玻尔兹曼方法领域改良碰撞模型的数值稳定性和精度一直是近30年来的研究难点和热点。正则化碰撞模型作为众多碰撞模型的一个重要分支,近几年... 数值稳定性问题一直是困扰格子玻尔兹曼方法在高雷诺数高马赫数流动中广泛应用的瓶颈。在格子玻尔兹曼方法领域改良碰撞模型的数值稳定性和精度一直是近30年来的研究难点和热点。正则化碰撞模型作为众多碰撞模型的一个重要分支,近几年来取得了重要理论进展,目前已在高雷诺数湍流模拟、高马赫数可压缩流动以及气动声学领域得到了广泛应用。本文系统地回顾了正则化碰撞模型的发展历史,并建立了一个系统的理论框架阐述不同正则化碰撞模型之间的理论联系。同时,揭示了正则化多松弛碰撞模型的理论本质,就是在与坐标无关且自相似的矩空间中将离散格子模型表达不了的高阶动理学矩进行快速松弛,以避免虚假模态对水动力学方程的影响。 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 正则化碰撞模型 数值稳定性 虚假模态
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基于人工神经网络的湍流大涡模拟方法 被引量:29
14
作者 谢晨月 袁泽龙 +2 位作者 王建春 万敏平 陈十一 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-16,共16页
大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结... 大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中相对误差较大,在后验验证中耗散过强.近几年来,机器学习方法在湍流建模问题中得到了越来越多的应用.本文介绍了基于人工神经网络(ANN)的湍流亚格子模型的最新进展.详细地讨论了人工神经网络混合模型、空间人工神经网络模型和反卷积人工神经网络模型的构造方法.借助于人工神经网络强大的数据插值能力,新的亚格子模型的先验精度和后验精度均有显著提升.在先验验证中,新模型所预测的亚格子应力的相关系数超过了0.99,在预测精度上远高于传统的大涡模拟模型.在后验验证中,新模型对各类湍流统计量和瞬态流动结构的预测都优于隐式大涡模拟方法、动态Smagorinsky模型、动态混合模型等传统模型.因此,人工神经网络方法在发展复杂湍流的先进大涡模拟模型中具有很大的潜力. 展开更多
关键词 湍流 大涡模拟 亚格子模型 人工神经网络 机器学习
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可压缩湍流的多尺度分析 被引量:5
15
作者 陈十一 王建春 +3 位作者 郑钦敏 王小宁 滕健 万敏平 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期1-17,共17页
作者的研究团队近几年在可压缩湍流的多尺度性质方面开展了系统的研究工作。通过多过程分解,研究了可压缩湍流中的速度和热力学量的剪切部分、胀压部分、伪声模态、声模态、熵模态的多尺度性质,并总结了各类可压缩条件下的速度和热力学... 作者的研究团队近几年在可压缩湍流的多尺度性质方面开展了系统的研究工作。通过多过程分解,研究了可压缩湍流中的速度和热力学量的剪切部分、胀压部分、伪声模态、声模态、熵模态的多尺度性质,并总结了各类可压缩条件下的速度和热力学量的谱的标度律。通过滤波方法,研究了动能和热力学量的多尺度传输现象,并重点分析了可压缩性对动能胀压部分的多尺度传输的影响。在可压缩均匀剪切湍流中,可压缩效应更加明显,可压缩湍动能和耗散率等物理量的马赫数标度率与各向同性湍流类似,但胀压分量所占比重更大,并且变形速度张量特征值的概率密度函数和流动拓扑结构的比例分布等统计量随马赫数的变化也更加明显。对于振动非平衡可压缩各向同性湍流,平动-转动内能模式和振动内能模式间的弛豫效应导致密度梯度与振动温度梯度方向的偏离,从而弱化了流场中压缩和膨胀运动对振动弛豫率的影响。化学反应放热会显著增加流场的压缩与膨胀运动,导致速度胀压分量和热力学量的能谱在所有尺度均增大,湍动能和耗散率的标度律表现出马赫数无关性。 展开更多
关键词 可压缩湍流 能谱 能量传输 亥姆霍兹分解 剪切湍流 高温非平衡湍流 化学反应湍流
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Gappy POD方法重构湍流数据的研究 被引量:8
16
作者 李天一 Buzzicotti Michele +2 位作者 Biferale Luca 万敏平 陈十一 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2703-2711,共9页
Gappy POD是一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)的数据重构方法.本文研究了gappy POD在湍流数据重构中的应用,主要关注了以下两个因素的影响:第一,数据本身的复杂程度,即构成流场的POD模态数量;第二,破损区域... Gappy POD是一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)的数据重构方法.本文研究了gappy POD在湍流数据重构中的应用,主要关注了以下两个因素的影响:第一,数据本身的复杂程度,即构成流场的POD模态数量;第二,破损区域的面积大小和几何形状.考虑到上述因素,本文重新严格地表述了gappy POD的重构过程,并推导出gappy POD重构误差的公式.论文选取旋转湍流数据为案例进行了gappy POD重构的研究,并解释了构成gappy POD重构误差的两个部分.第一部分来自流场POD展开的截断误差,该截断误差会被POD基函数在已知点上的值组成的矩阵的最小特征值放大.这部分误差主要取决于流场的复杂程度,当流场复杂程度较低时,相应误差随采用的POD模态数目增大而减小.当流场复杂程度较高时,很小的POD截断误差也会导致很大的重构误差,此时需要采用流场所有的POD模态进行重构以消除截断误差.重构误差的第二部分来自POD基函数在已知点上的值组成的矩阵的非列满秩性,它主要取决于破损区域的面积大小和几何形状.破损区域的面积越大,或者破损面积相同时,破损区域内信息所包含的相关性越大,第二部分的重构误差越大. 展开更多
关键词 有缺失本征正交分解 流场重构 旋转湍流
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分子气体稀薄效应的动理学建模 被引量:5
17
作者 曾嘉楠 李琪 吴雷 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期1-30,I0001,共31页
稀薄气体效应,是指气体在特征尺度与其分子平均自由程相当的系统中流动时出现的非平衡效应。相比于单原子气体,分子气体(每个气体分子包含两个及以上原子)流动因同时具有转动、振动等多种自由度的非平衡过程,其稀薄效应更为复杂。分子... 稀薄气体效应,是指气体在特征尺度与其分子平均自由程相当的系统中流动时出现的非平衡效应。相比于单原子气体,分子气体(每个气体分子包含两个及以上原子)流动因同时具有转动、振动等多种自由度的非平衡过程,其稀薄效应更为复杂。分子气体稀薄效应在航空航天、微机电系统和页岩气开采等民生、科技领域广泛存在,而描述该效应的动理学模型与数值模拟方法尚不成熟。本文从单原子气体与玻尔兹曼方程出发,介绍气体动理学建模的相关研究现状,针对分子气体特性详细讨论气体弛豫过程与输运系数的关系。针对典型的稀薄气体流动验证常用的模型方程的精度,并指出直接模拟蒙特卡罗方法在分子气体稀薄流动应用中存在的问题,即在体积黏性确定的情况下无法指定热流弛豫速率及恢复热导率。随后针对此问题,使用吴模型量化研究该弛豫速率在分子气体稀薄流动模拟中导致的宏观量的不确定性,并讨论从分子动力学模拟和瑞利-布里渊散射实验中减小甚至消除不确定性的方法。本文对涉及化学反应的稀薄气体流动建模有指导意义。 展开更多
关键词 稀薄气体动力学 玻尔兹曼方程 弛豫过程 平动/内部热导率 Eucken因子
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太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究 被引量:3
18
作者 石硕 庄晓如 徐心海 《热力发电》 CAS 北大核心 2020年第10期87-92,共6页
为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳(S-CO2)在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性,采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型,对其中S-CO2对流换热特性进行数值仿真,并考虑了吸热器与外界环境的辐... 为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳(S-CO2)在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性,采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型,对其中S-CO2对流换热特性进行数值仿真,并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热,分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大,相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热,考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%;3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高,其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K;非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显,但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 聚光太阳能吸热器 对流换热 非均匀壁面热流 数值模拟
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热湍流研究的新十年:从聚焦传统到延伸拓展 被引量:2
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作者 谢毅超 张路 +3 位作者 丁广裕 陈鑫 郗恒东 夏克青 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期1-47,共47页
热湍流(浮力驱动湍流)作为一种典型的湍流现象,广泛存在于自然界和工程应用中. Rayleigh-Bénard (RB)湍流是从众多自然现象中抽象出来研究热湍流的经典模型, RB湍流的典型特征是系统中存在大尺度环流和羽流等不同尺度的湍流结构,... 热湍流(浮力驱动湍流)作为一种典型的湍流现象,广泛存在于自然界和工程应用中. Rayleigh-Bénard (RB)湍流是从众多自然现象中抽象出来研究热湍流的经典模型, RB湍流的典型特征是系统中存在大尺度环流和羽流等不同尺度的湍流结构,这些结构通过作用于边界层,影响RB湍流的输运效率.因此,明确不同尺度湍流结构的生成、演化和作用机理,对理解RB湍流的输运特性至关重要,也是通过控制湍流结构调控输运效率的科学基础.本文重点从湍流结构的时空演化规律、输运特性、湍流调控和热湍流在其他领域的拓展四个方面评述近十年来RB湍流研究所取得的新进展,并对今后的研究方向做出展望. 展开更多
关键词 热湍流 湍流结构 湍流输运 对流 湍流调控
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考虑纵摇工况的漂浮式海上风机尾流特性数值研究 被引量:2
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作者 唐润东 曹人靖 《新能源进展》 CSCD 2023年第2期93-99,共7页
海上风-浪-流的存在使得海上风力机平台会产生六个自由度方向的运动。为研究纵摇运动对海上风力机尾流特性的影响,基于OpenFOAM平台,采用RANS方法的k-ε模型和重叠网格技术,考虑风剪切来流和简化的漂浮式平台六自由度运动条件,对纵摇状... 海上风-浪-流的存在使得海上风力机平台会产生六个自由度方向的运动。为研究纵摇运动对海上风力机尾流特性的影响,基于OpenFOAM平台,采用RANS方法的k-ε模型和重叠网格技术,考虑风剪切来流和简化的漂浮式平台六自由度运动条件,对纵摇状态下的风力机尾流进行数值研究。研究结果表明,纵摇工况下的风力机尾流恢复速度更快,且尾流恢复速度会随着纵摇运动的频率和幅值增加而增加。当纵摇运动的振幅较小时,近场尾流的风速恢复会受到一定的影响,而对远场尾流影响不大;当振幅较大时,纵摇运动会加速全部尾流区域的风速恢复,并出现更为明显的扩散现象。研究结果对揭示漂浮式海上风电机组纵摇运动下尾流产生和扩散的机理有一定的意义,为完善漂浮式海上风电场尾流损失模型提供了一定的物理基础。 展开更多
关键词 漂浮式海上风力机 纵摇运动 尾流特征 OPENFOAM 数值模拟
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